Single Signer ECDSA adaptor signature

https://lists.linuxfoundation.org/pipermail/lightning-dev/2019-November/002316.html

上面是原始文章,里面提及的DLEQ是指一个证明离散对数相等的Sigma算法(上文中有pdF链接):G、Y、R'和R是群元素,可以证明知道 k :  k*G = R' and  k * Y = R

和MW等使用Schnorr签名不同,本算法基于ECDSA算法,要点是需要提供秘密y后才能构成一个符合要求的ECDSA签名。提供的方法不需要是直接提供y,可以是另外的信息,但提供这个另外的信息后y事实上可以计算出来。

对方有一个秘密y, Y=y*G公开; x是本方私钥, X = x*G 是公钥, G是基点,m是待签名消息, x_coord()表示取椭圆曲线点的横坐标。

// Sign such that y = DLOG(Y) is needed to complete signature

AdaptorSign((x,X),Y,m):

1. Choose d' randomly, P' = d'*G

2. R = d'*Y;   // 预示着在最终形成的签名中真正对应的随机数将是 (d'*y),而不是d'

3. proof = DLEQ_prove((G,P'),(Y, R))

4. s' = d'⁻¹ * (H(m) + x_coord(R) * x)

4. return (R, P', s', proof)   

和椭圆曲线签名算法相比,可以看出这里蕴含接近于用私钥x和随机数(d'*y)对m的签名(r, ss):

r = x_coord(R) = x_coord(d'*y*G

ss = s' = [H(m) + x_coord(d'* y * G) * x] * d'⁻¹   // 这里不完全到位,应该乘以d'⁻¹*y⁻¹

所以后续的算法就是要在对方基于y协作的情况下能够在这里的基础上拼凑出完整的ECDSA签名


// Verify Adaptor signature is correct for the given message and keys

// 验证这里给出的是一个合法的待完善的Adaptor signature,但本身不是合法签名

AdaptorVerify(X, Y, m , (R, P', s', proof))

1. DLEQ_verify((G,P'),(Y, R))

2. return x_coord(P') == x_coord(s'⁻¹(H(m) * G + x_coord(R) * X))


// 对方合作以最终形成合法签名

AdaptorComplete(y, (R, P', s', proof))

s = s'y⁻¹

return (x_coord(R),s)

r = x_coord(R) = x_coord(d'*y*G) 

s = [H(m) + x_coord(d'* y * G) * x] * d'⁻¹ * y⁻¹

此刻方为:用私钥x和随机数(d'*y)对m的ECDSA签名


// Extract y from the completed adaptor, 签名补上之后,y是可以公开计算的

AdaptorExtract(s',s, Y)

y' = s⁻¹s'       // 用到的参数公开可得  

return y' * G == -Y ? -y' : y'; // Deal with ECDSA malleability

通过本算法,可以结合时间锁,要求对方提供一个preimage,但这个preimage不再是HASH的preimage,而是离散对数问题的解——而且现在使用的签名算法是ECDSA,不需要是Schnorr签名。


基于这种签名技术,可以用来支撑 SAS(简单原子互换)

https://gist.github.com/RubenSomsen/8853a66a64825716f51b409be528355f#file-succinctatomicswap-svg

其中 sigSuccessAlice 看上去step 0里面准备的时候alice是完全不提供任何部分准备的(因为这个是一个adaptor signature,在所需的secretBob不知道时原可准备半拉给到Bob,但文章里面的设计看上去是连半拉都不给对方准备)

由于ALT链上没有超时回退设计,如果完成STEP 2后,BTC链上ALICE玩失联,最终Bob会拿到BTC,而ALT链上的币就永远锁在那里了。ALICE就算回来也拿不到这些钱了。


基于Schnorr的adaptor signature可以看这里:

https://medium.com/blockchain-capital-blog/crypto-innovation-spotlight-2-scriptless-scripts-306c4eb6b3a8

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